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局部阴影下光伏阵列的建模与动态组态优化

冯丽娜  
【摘要】:随着全球范围内的能源危机和环境问题日益严重,新能源的研究与应用受到世界各国的广泛关注。太阳能以其分布广泛、储量巨大、清洁环保等优点得到广泛应用。光伏阵列是整个光伏系统的能量源泉,为使整个系统高效运行,首先必须了解光伏阵列的电气特性。在实际应用中光伏阵列经常处在局部阴影中,而光伏组件的供应商只提供标准测试条件下的电气特性,为全面了解光伏阵列在局部阴影条件下功率输出与伏安特性曲线的变化,为最大功率点的跟踪和逆变器的高效运行提供依据,建立局部阴影条件下光伏阵列的模型是非常重要的。传统的光伏阵列的串并联结构是固定的,当阴影发生时,阵列中的光伏组件会互相影响,导致光伏阵列的输出功率减少。为减小阴影的影响,使光伏阵列根据自身的工作状态实时自动调整其连接方式,即动态组态优化,是提高光伏阵列输出功率的重要方法。 本文针对局部阴影下光伏阵列的模型和组态优化控制策略进行了研究,主要工作如下: (1)详细分析了光伏电池的工作原理和热斑产生的原理;运用专业仿真软件PV System分别仿真了光伏阵列的外特性和旁路二极管的数量对光伏组件最大输出功率的影响;运用MATLAB仿真软件建立了局部阴影条件下光伏阵列的模型;通过上述仿真得出了光伏阵列的伏安特性和最大输出功率在太阳辐射强度、温度、阴影和旁路二极管的数目等外部因素作用下的变化,最后总结了局部阴影条件下提高光伏阵列最大输出功率的方法。 (2)对现有的光伏阵列的建模方法进行详细的对比分析;通过搭建实验平台,采集样本数据,在分别用交叉验证法和遗传算法对参数寻优的基础上,运用支持向量机对局部阴影条件下的光伏阵列进行建模,并与RBF神经网络建模进行了对比,通过对比发现,基于支持向量机所建的模型精度较高,但是运算时间较长。 (3)对现有的各种光伏阵列组态优化控制策略的原理进行了详细对比分析,并总结了各种控制策略的异同和优缺点,在此基础上提出了在光伏阵列的组态优化控制策略中应注意的几个问题;基于光强均衡原理进行MATLAB仿真,得出光伏阵列TCT结构时,每行组件光强的总和与光伏阵列最大输出功率之间的关系。 (4)设计了包括开关矩阵、检测电路、信号调理电路和驱动电路的组态优化控制系统硬件平台;并基于DSP的CCS集成开发环境进行了相关组态优化控制策略的软件程序设计;总结了在编程设计中遇到问题及解决方法和CCS编程中应注意的问题;通过搭建的硬件和软件平台,验证了该组态优化算法的可行性;并对基于模型预测控制的光伏阵列组态优化方法的平台设计进行了构思。


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